uc3843的反激式多路输出开关电源设计
随着现代电力电子技术的发展，开关电源的应用领域正变得越来越广泛。开关电源凭着其体积小，设计简单等优势被广泛应用与小功率的场合。本次设计的是围绕UC3843进行研究，设计的目标是设计出一种具有高频率且输出多路稳定电压的反激式开关电源。电源以UC3843为核心元件，通过反激式变压器来获得较为稳定的输出。此次设计还对电源的整流、滤波、反馈和漏极钳位保护电路进行了研究。在绘制完原理图后，遵循隔离的原则，对电路PCB进行布局。只有合理的布局，才能减少电磁干扰。 在电路的调试阶段，因为有多路输出，不能多路同时调试。所以，先从5V输出开始调试，在5V输出调试完成后再逐路对其余各支路进行调试。最后经调试后，各路均能输出较为稳定的电压。
目 录
第一章 引言 1
1.1开关电源的背景 1
1.2开关电源的现状及未来的发展趋势 1
1.3开关电源的分类 2
1.4论文结构 3
第二章 反激式开关电源原理 4
2.1反激式开关电源原理 4
2.2 单端反激式开关电源的工作方式 4
2.2.1连续工作方式 4
2.2.2临界工作方式 5
2.2.3非连续工作方式 5
第三章 反激式开关电源设计 7
3.1基于UC3843的反激式开关电源原理图 7
3.2 UC3843介绍 7
3.3输入整流滤波设计 9
3.4 漏极钳位保护电路设计 10
3.4.1.漏极钳位电路的元器件选择 10
3.5高频变压器设计 11
3.5.1磁芯与骨架的选择 11
3.5.2初级电感量Lp的计算 11
3.5.3计算一次侧绕组匝数NP 11
3.5.4计算二次侧绕组匝数 12
3.5.5计算气隙宽度 12
3.5.6变压器绕制 12
3.6输出整流滤波设计 13
3.7反馈电路设计 13
3.7.1反馈电路原理 13
3.7.2 光耦其他参数计算 14
第四章 实验 15
4.1开关电源
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
调试 15
4.2波形分析 16
结语 21
参考文献 22
致谢 23
第一章 引言
1.1开关电源的背景
传统线性电源的线路结构简单，不易受到干并且稳压性能好。对输入电压和负载变化的响应很快。然而，由于线性电源的功率放大管总是工作在线性区，导致开关管的损耗很高。过高的开关损耗使得电路工作效率低下。在许多情况下，线性电源并不适合作为电路的电源，于是，20世纪60年代开关电源为了满足更多场合的需求而诞生。
与线性电源相比，开关电源的效率更高，可达65% ~ 90%。同时开关电源的散热量少，对电网电压变化范围的适应性强。开关电源不需要工频变压器，电路所需的滤波电容、电感的优点是体积小，质量轻，动态响应迅速。虽然开关电源的频率高，但是不会制造出令人烦躁的噪声。开关电源还可以利用功率因数校正技术来提高功率因数，从而提高电路整体的效率。除了以上的优点，开关电源还凭借其其他的优点在通信电源领域中大量的代替传统的线性电源。
随着电力电子技术的发展，高频开关电源正被广泛应用于与电气相关的各行各业。
1.2开关电源的现状及未来的发展趋势
高效率对于开关电源来说具有重要的意义。在最理想的情况下，输入端的能量能够完全传输到输出侧，在开关电源开关的过程中不会对能量进行消耗。不过，在实际设计中，很难做到在开关电源中不消耗一点能量。因为在开关电源的使用过程中，有部分能量会转化成热能消耗在元件上，一旦长时间的工作后，较高的工作温度将会严重危害到开关电源的使用寿命，大大的增加其不稳定性。此时，一个合理的散热部件将能有效的解决开关电源的散热问题。
开关电源的设计要求还包括小型化。例如很多小型的电器的电源应用中，不仅对电源的性能要求能满足电器的正常使用，而且要求尽可能能在最小的物理体积内实现电路的布置。因此，开关电源的另一个发展趋势是小型化。
由于集成电路器件的发展，现在已经具有生产复杂高频率的产品的能力。然而，在开关电源频率不断提高的今天，由于高频率引起的开关损耗正在成为一个判断开关电源性能的重要指标。在工作频率和负载损耗保持不变的情况下，随着负荷的降低，系统的效率将下降。因此，为了保持开关电源的效率，新一代的开关芯片不能盲目追求高频率，而是要仔细分析和处理开关的损耗问题。在带轻型负载时，可以通过降低开关电源的使用频率来减少开关的损耗，当损耗减少时，电源的效率就能得到提高。减少开关损耗的另一个有效的方法是降低开关的损耗。开关损耗的原因是开关器件的实际曲线与理想图形不同，在实际变化过程中存在着电压与电流都不为零的交叠区，从而导致开关电源具有开关损耗。开关电源设计领域出现的软开关技术可以使开关器件的损耗问题得到解决。软开关技术即零电压开关和零电流开关。零电压开关能够在电压为零的情况下导通，零电流开关在电流为零的情况下关断。软开关能通过谐振等方法实现。
1.3开关电源的分类
开关电源的结构有很多种：
按驱动方式分为自励式和他励式；
按电路控制方式可分为：脉宽调制式（PWM）、脉冲频率调制均式（PFM）、PWM和PFM混合式；
按电路组成，有谐振式和非谐振式；
根据电源隔离和反馈控制耦合模式分，开关电源可分为隔离和非隔离，变压器耦合和光耦合式等；
按变换器的工作方式分，有单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式、全桥式、降压式、升压式和升降压式等。
①反激式：电路简单，元件少，因此成本较低。但是,反激式电路变换器的磁芯是单向磁化，利用率较低，而且开关元件承受的峰值电流很大。反激式的开关电源被普遍应用于数瓦至数十瓦的小功率开关电源中。由于其不需要输出滤波，因此较易实现多路输出。
②正激式：正激式的拓扑结构和反激式变换器具有相似性，其核心也是单向磁化，但有严格的区分，只发挥电气隔离变压器的作用，并且电路变换器的工作点处于磁化曲线的第一象限，不能得到充分的利用，是以，在一样的功率情况下，正激式的体积、重量和损耗大于其余各类工作方式下的变化器。
③半桥式：电路结构较为复杂，但是相对于正激式和反激式，其优点是磁芯利用率高，没有偏磁的问题，而且对于功率开关管的耐压要求低。半桥式还克服了推挽式的缺点，适合应用与数百瓦至数千瓦和高输入电压的场合。
④全桥式: 全桥电路结构复杂，但在所有隔离开关电源，全桥式可以实现最大功率开关通过使用容量相同的电压和电流器件。全桥型电路被广泛应用于数百瓦至数千瓦的各种工业用开关电源中。
目 录
第一章 引言 1
1.1开关电源的背景 1
1.2开关电源的现状及未来的发展趋势 1
1.3开关电源的分类 2
1.4论文结构 3
第二章 反激式开关电源原理 4
2.1反激式开关电源原理 4
2.2 单端反激式开关电源的工作方式 4
2.2.1连续工作方式 4
2.2.2临界工作方式 5
2.2.3非连续工作方式 5
第三章 反激式开关电源设计 7
3.1基于UC3843的反激式开关电源原理图 7
3.2 UC3843介绍 7
3.3输入整流滤波设计 9
3.4 漏极钳位保护电路设计 10
3.4.1.漏极钳位电路的元器件选择 10
3.5高频变压器设计 11
3.5.1磁芯与骨架的选择 11
3.5.2初级电感量Lp的计算 11
3.5.3计算一次侧绕组匝数NP 11
3.5.4计算二次侧绕组匝数 12
3.5.5计算气隙宽度 12
3.5.6变压器绕制 12
3.6输出整流滤波设计 13
3.7反馈电路设计 13
3.7.1反馈电路原理 13
3.7.2 光耦其他参数计算 14
第四章 实验 15
4.1开关电源
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
调试 15
4.2波形分析 16
结语 21
参考文献 22
致谢 23
第一章 引言
1.1开关电源的背景
传统线性电源的线路结构简单，不易受到干并且稳压性能好。对输入电压和负载变化的响应很快。然而，由于线性电源的功率放大管总是工作在线性区，导致开关管的损耗很高。过高的开关损耗使得电路工作效率低下。在许多情况下，线性电源并不适合作为电路的电源，于是，20世纪60年代开关电源为了满足更多场合的需求而诞生。
与线性电源相比，开关电源的效率更高，可达65% ~ 90%。同时开关电源的散热量少，对电网电压变化范围的适应性强。开关电源不需要工频变压器，电路所需的滤波电容、电感的优点是体积小，质量轻，动态响应迅速。虽然开关电源的频率高，但是不会制造出令人烦躁的噪声。开关电源还可以利用功率因数校正技术来提高功率因数，从而提高电路整体的效率。除了以上的优点，开关电源还凭借其其他的优点在通信电源领域中大量的代替传统的线性电源。
随着电力电子技术的发展，高频开关电源正被广泛应用于与电气相关的各行各业。
1.2开关电源的现状及未来的发展趋势
高效率对于开关电源来说具有重要的意义。在最理想的情况下，输入端的能量能够完全传输到输出侧，在开关电源开关的过程中不会对能量进行消耗。不过，在实际设计中，很难做到在开关电源中不消耗一点能量。因为在开关电源的使用过程中，有部分能量会转化成热能消耗在元件上，一旦长时间的工作后，较高的工作温度将会严重危害到开关电源的使用寿命，大大的增加其不稳定性。此时，一个合理的散热部件将能有效的解决开关电源的散热问题。
开关电源的设计要求还包括小型化。例如很多小型的电器的电源应用中，不仅对电源的性能要求能满足电器的正常使用，而且要求尽可能能在最小的物理体积内实现电路的布置。因此，开关电源的另一个发展趋势是小型化。
由于集成电路器件的发展，现在已经具有生产复杂高频率的产品的能力。然而，在开关电源频率不断提高的今天，由于高频率引起的开关损耗正在成为一个判断开关电源性能的重要指标。在工作频率和负载损耗保持不变的情况下，随着负荷的降低，系统的效率将下降。因此，为了保持开关电源的效率，新一代的开关芯片不能盲目追求高频率，而是要仔细分析和处理开关的损耗问题。在带轻型负载时，可以通过降低开关电源的使用频率来减少开关的损耗，当损耗减少时，电源的效率就能得到提高。减少开关损耗的另一个有效的方法是降低开关的损耗。开关损耗的原因是开关器件的实际曲线与理想图形不同，在实际变化过程中存在着电压与电流都不为零的交叠区，从而导致开关电源具有开关损耗。开关电源设计领域出现的软开关技术可以使开关器件的损耗问题得到解决。软开关技术即零电压开关和零电流开关。零电压开关能够在电压为零的情况下导通，零电流开关在电流为零的情况下关断。软开关能通过谐振等方法实现。
1.3开关电源的分类
开关电源的结构有很多种：
按驱动方式分为自励式和他励式；
按电路控制方式可分为：脉宽调制式（PWM）、脉冲频率调制均式（PFM）、PWM和PFM混合式；
按电路组成，有谐振式和非谐振式；
根据电源隔离和反馈控制耦合模式分，开关电源可分为隔离和非隔离，变压器耦合和光耦合式等；
按变换器的工作方式分，有单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式、全桥式、降压式、升压式和升降压式等。
①反激式：电路简单，元件少，因此成本较低。但是,反激式电路变换器的磁芯是单向磁化，利用率较低，而且开关元件承受的峰值电流很大。反激式的开关电源被普遍应用于数瓦至数十瓦的小功率开关电源中。由于其不需要输出滤波，因此较易实现多路输出。
②正激式：正激式的拓扑结构和反激式变换器具有相似性，其核心也是单向磁化，但有严格的区分，只发挥电气隔离变压器的作用，并且电路变换器的工作点处于磁化曲线的第一象限，不能得到充分的利用，是以，在一样的功率情况下，正激式的体积、重量和损耗大于其余各类工作方式下的变化器。
③半桥式：电路结构较为复杂，但是相对于正激式和反激式，其优点是磁芯利用率高，没有偏磁的问题，而且对于功率开关管的耐压要求低。半桥式还克服了推挽式的缺点，适合应用与数百瓦至数千瓦和高输入电压的场合。
④全桥式: 全桥电路结构复杂，但在所有隔离开关电源，全桥式可以实现最大功率开关通过使用容量相同的电压和电流器件。全桥型电路被广泛应用于数百瓦至数千瓦的各种工业用开关电源中。
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